새로운 연구, 심장 재생에서 미토콘드리아 단백질의 핵심 역할 밝혀져

미토콘드리아는 세포 기능에 필요한 에너지를 공급하는 데 중요한 역할을 합니다. 미토콘드리아에서 에너지는 CI-CV라고 불리는 다섯 가지 복합체로 구성된 호흡 사슬에 의해 생성됩니다. 이러한 복합체들은 초복합체로 조립될 수 있지만, 이 과정의 역할과 그 조절에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다.

이 새로운 연구는 초복합체 조립 기전을 규명하고, 미토콘드리아 조립 인자가 심장 조직 재생에 미치는 유의미한 영향을 밝혀냈습니다. 이 연구는 국립 심혈관 연구 센터(CNIC)의 호세 안토니오 엔리케스 박사와 CNIC 방문 과학자인 스위스 베른 대학교의 나디아 메르카데르 박사가 공동으로 주도했습니다.

Developmental Cell 저널 에 게재된 연구 에 따르면, 단백질 계열 구성원인 Cox7a가 CIV 이합체 조립에 기본적인 역할을 하며, 이 조립은 미토콘드리아의 적절한 기능과 세포 에너지 생산에 필수적이라는 사실이 밝혀졌습니다.

Cox7a 단백질 패밀리는 Cox7a1, Cox7a2, 그리고 Cox7a2l(SCAF1이라고도 함)의 세 가지 구성원을 포함합니다. 두 연구팀의 이전 연구에서는 CIV에 SCAF1이 포함될 경우 CIII와 강력하게 결합되어 호흡체(respirasome)라는 호흡 초복합체를 형성한다는 것이 밝혀졌습니다. 이러한 이전 연구에서 저자들은 Cox7a2가 포함되면 CIV가 결합할 수 없게 되지만, Cox7a1을 포함하는 CIV 분자는 결합을 통해 CIV 동종이합체를 형성할 것이라는 가설을 세웠습니다. 이번 연구는 이러한 CIV 동종이합체 형성에서 Cox7a1의 역할을 실험적으로 입증합니다.

발달세포(2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.04.012

연구진은 다니오 모델을 이용하여 Cox7a1이 없으면 CIV 이량체가 형성되지 않고, 이 이량체가 손실되면 영향을 받은 물고기의 체중과 수영 능력에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.

"Cox7a1은 주로 횡문근 세포에서 발현되며, Cox7a1 기능 부족으로 가장 큰 피해를 입은 것은 골격근 조직입니다. 횡문근의 또 다른 주요 유형은 심장근, 즉 심근입니다."라고 엔리케스 박사는 설명했습니다.

그러나 골격근에서 Cox7a1이 손실되면 해로웠지만, 심장근에서 Cox7a1이 결핍되면 부상에 대한 심장 재생 반응이 개선되었습니다.

"이 결과는 이러한 단백질이 심장이 부상 후 스스로를 복구하는 능력을 활성화하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 보여줍니다."라고 이 연구의 주저자인 캐롤리나 가르시아-포하토스가 설명했습니다.

Cox7a1의 기능을 더욱 심층적으로 탐구하기 위해 CNIC 연구원인 엔리케 칼보와 헤수스 바스케스는 Cox7a1이 결핍된 제브라피쉬의 골격근과 심근에 대한 프로테오믹스 연구를 수행했습니다. 이 분석은 베른 대학교 동료들이 수행한 대사체학 연구로 보완되었습니다. 이 종합 분석 결과, Cox7a1 발현이 유지된 비변형 어류와 유의미한 차이가 있는 것으로 나타났습니다.

"이러한 결과는 미토콘드리아 초복합체 조립에 관여하는 분자가 대사 조절에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 시사하며, 심장병 및 기타 대사 질환에 대한 새로운 치료법 개발의 길을 열어줄 가능성이 있습니다."라고 머케이더 박사는 말했습니다.

연구팀에 따르면, 이번 발견은 "심장 재생에 관여하는 세포 메커니즘을 이해하는 데 있어 중요한 진전"이며, "심장 재생을 자극하는 치료법 개발의 길을 열어줄 수 있다"고 합니다.

저자들은 미토콘드리아 조립 인자가 대사 조절에 상당한 영향을 미칠 수 있다는 결론을 내렸습니다.